DE202021101361U1

DE202021101361U1 - Solar-Tracker

Info

Publication number: DE202021101361U1
Application number: DE202021101361.3U
Authority: DE
Original assignee: Esasolar Energy System SL
Current assignee: Esasolar Energy System SL
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2021-03-17
Publication date: 2021-03-23
Anticipated expiration: 2031-03-18
Also published as: ES1246954Y; AU2021101265A4; ES1246954U; FR3108811A3; CL2021000587U1

Abstract

Solar-Tracker (1), der aufweist:
- eine Hauptwelle (3), die auf einer Mehrzahl von Trägern (6) gelagert ist;
- zwei oder mehr Reihen von Photovoltaikmodulen (2);wobei zumindest zwei der Reihen von Photovoltaikmodulen (2) in der Richtung der Hauptwelle (3) und auf gegenüberliegenden Seiten davon angeordnet sind; und
wobei die Photovoltaikmodule (2) elektrisch in Reihe verbunden sind, wobei sie Verbindungs-Strings (4a, 4b, 4c, 4d) ausbilden.
wobei der Tracker (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass:
- die Photovoltaikmodule (2) in zumindest vier Verbindungs-Strings (4a, 4b, 4c, 4d) gruppiert sind, wobei die Module (2) jedes der Strings (4a, 4b, 4c, 4d) in Bezug auf die Hauptwelle (3) auf derselben Höhe angeordnet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung umfasst das Gebiet von Technologien zur Erzeugung von Solarenergie. Genauer gesagt, die Erfindung bezieht sich auf eine Photovoltaikenergie-Erzeugungsanlage vom Typ eines Solar-Trackers mit einer Haupttorsionswelle, die dazu ausgebildet ist, eine Gruppe von photovoltaischen Solarmodulen zur Sonne auszurichten.
Hintergrund der Erfindung
In den letzten Jahrzehnten haben das Design und die Verbesserung von Quellen erneuerbarer Energie vor allem im Zusammenhang mit Strategien einer nachhaltigen Entwicklung erheblich an Bedeutung gewonnen. Unter den genannten Quellen stellt die photovoltaische Solarenergie eine effiziente und kostengünstige Alternative zum Erzeugen von elektrischer Energie erneuerbaren Ursprungs dar, die direkt aus Sonnenstrahlung mithilfe von Halbleitervorrichtungen gewonnen wird, die gemeinhin als photovoltaische Zellen bezeichnet werden. Bei diesen Zellen handelt es sich um elektrische Mechanismen oder Vorrichtungen, die dazu ausgebildet sind, Lichtenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Daher werden photovoltaische Zellen üblicherweise in Form von Solarmodulen (die auch als Photovoltaikmodule bezeichnet werden) zur Montage unter anderem als Erzeugungs- oder Versorgungsquellen in Gebäuden oder Solarkraftwerken zusammengruppiert.
In photovoltaischen Solarkraftwerken ist es üblich, Tracker zu verwenden, die aus am Boden angeordneten Photovoltaikmodulstrukturen bestehen und in der Lage sind, nach dem Stand der Sonne ausgerichtet zu werden. Dadurch ist es möglich, die Ebene der Module senkrecht zur Sonne (oder dem senkrechten Zustand so nahe wie möglich) zu halten, was zu einer verbesserten Leistung der Module und damit des gesamten Solarkraftwerks führt. Unter den möglichen Ausgestaltungen von Photovoltaikmodulen eines Solar-Trackers sind einachsige Strukturen bekannt, bei denen die Module auf einer Drehwelle (oder Torsionswelle) angeordnet sind. Die Welle ist durch programmierbare Mittel mit einem Motor verbunden und so ausgebildet, dass sie innerhalb eines Winkelbogens schwenkt, so dass sich die Position der Module im Laufe des Tages ändert, wodurch die Solar-Ressource effizienter genutzt wird.
Typischerweise weist die Anordnung von Photovoltaikmodulen in einem einachsigen Solar-Tracker eine rechteckige Form entlang seiner Hauptwelle auf. Gleichermaßen wird der Solar-Tracker je nach der vertikalen oder horizontalen Ausrichtung jedes der Module relativ zu der Hauptwelle als Tracker vom Typ „V“ bzw. vom Typ „H“ bezeichnet. Diese Nomenklatur ist normalerweise auch mit der Anzahl der Module auf jeder Seite der Welle für jedes Einheitssegment in dem Tracker verbunden. So sind zum Beispiel Photovoltaik-Tracker vom Typ 1V, 2V, 2H, 3H, 4H usw. vorhanden. In diesem Sinne bezieht sich die vorliegende Erfindung bevorzugt auf Tracker vom Typ 2V.
Neben der Ausrichtung der Module in Bezug auf die Sonne gibt es sonstige Faktoren, die die Leistungsabgabe von Photovoltaik-Trackern beeinflussen, wie zum Beispiel das Design der elektrischen Verbindungsarchitektur der Module. Dieser Faktor ist vor allem bei Trackern mit großen Abmessungen, die mit mehreren Strings (Strängen) von mehr als zwanzig Modulen pro Tracker ausgebildet sind, und Wellen, die mehrere zehn Meter lang sind, ein entscheidender Faktor. In diesem Zusammenhang bestimmt die Architektur die Anzahl von in Reihe verbundenen Modulen in jedem Tracker, wodurch eine oder mehrere Gruppen davon ausgebildet werden, die als Strings bezeichnet werden. Daher kann ein Tracker je nach seinem Typ (1V, 2V, 2H usw.) mit einem oder mehreren Strings von in Reihe verbundenen Modulen ausgebildet sein, wobei jeder String später innerhalb des Verbindungsnetzwerks des Trackers und/oder des Solarkraftwerks selbst parallel verbunden wird, bis er einen oder mehrere Wechselrichter erreicht, die für ein Umwandeln der von den Photovoltaikmodulen kommenden Gleichstromenergie in Wechselstromenergie zuständig sind.
Wie erwähnt, kann die spezifische Auswahl der Strings in einem Tracker seine Erzeugungseffizienz und darüber hinaus seine Montage und Wartung oder Reparaturkosten erheblich beeinflussen. Infolgedessen besteht ein Bedarf, auf diesem technischen Gebiet Verbindungsarchitekturen für Module mithilfe von String-Ausgestaltungen in Photovoltaik-Trackern zu finden, die die bekannten Architekturen nach dem Stand der Technik verbessern.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine Lösung für den Bedarf für den Fall von photovoltaischen Solar-Trackern vom Typ 2V vor, wenngleich ihr Ansatz auch auf sonstige Tracker-Ausgestaltungen angewendet werden kann, die mit zwei oder mehr Reihen von Photovoltaikmodulen ausgestattet sind.
Beschreibung der Erfindung
In Anbetracht der in dem vorhergehenden Abschnitt dargelegten Probleme des Standes der Technik bezieht sich ein Ziel der vorliegenden Erfindung vor allem auf einen Solar-Tracker, der aufweist:

- eine Hauptwelle, die auf einer Mehrzahl von Trägern gelagert ist;
- zwei oder mehr Reihen von Photovoltaikmodulen;

In dem Solar-Tracker der Erfindung sind die Photovoltaikmodule zweckmäßigerweise in zumindest vier Verbindungs-Strings gruppiert, wobei die Module jedes der Strings in Bezug auf die Hauptwelle auf derselben Höhe angeordnet sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind bei zwei der Verbindungs-Strings deren Module in Bezug auf die Hauptwelle auf derselben Höhe angeordnet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind bei den anderen beiden Verbindungs-Strings deren Module in Bezug auf die Hauptwelle auf derselben Höhe angeordnet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die auf derselben Höhe angeordneten Verbindungs-Strings durch Kabel miteinander verbunden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden die Module eine Struktur vom Typ 2V aus. Bei sonstigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung bilden die Module alternativ eine Struktur vom Typ 2H, 3H oder 4H aus.
Ein weiteres Ziel der Erfindung bezieht sich auf ein Solarkraftwerk, das zwei oder mehr Tracker gemäß einer beliebigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen aufweist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Solarkraftwerks der Erfindung sind zwei der Verbindungs-Strings von zwei Trackern des Kraftwerks durch Kabel verbunden, so dass die Module der Strings in Bezug auf ihre Hauptwellen auf derselben Höhe angeordnet sind.
Wie beschrieben, werden die vorhergehenden Ausführungsformen als verbesserte Alternative im Hinblick auf die bekannten Photovoltaik-Tracker vorgeschlagen. In dem spezifischen Fall von Photovoltaik-Trackern vom Typ 2V nach dem Stand der Technik, die für eine Verwendung in Solarkraftwerken vorgesehen sind, nimmt die Architektur ihrer Modulverbindung üblicherweise eine Ausgestaltung mit drei Stings an, wie in 1 hierin dargestellt. Die Figur zeigt im Besonderen die Architektur eines Trackers (1) vom Typ 2V, der mit vierundachtzig Photovoltaikmodulen (2) (zweiundvierzig pro Reihe auf jeder Seite einer Hauptwelle (3)) ausgestattet ist. Bei dieser Ausgestaltung sind die Module (2) so verbunden, dass sie drei Strings (4a, 4b, 4c) ausbilden, bevorzugt durch entsprechende Kabel (5a, 5b, 5c), die die verschiedenen Module (2) in jedem String (4a, 4b, 4c) verbinden. Gleichermaßen wird die Hauptwelle (3) auf einer Mehrzahl von Trägern (6) oder Pfosten gelagert, die in den Boden getrieben, in diesem verankert oder einzementiert sind.
Wie in 1 zu sehen ist, ist die Ausgestaltung von Strings (4a, 4b, 4c) in Trackern (1) dieses Typs hinsichtlich der Auswahl der sie ausbildenden Reihen asymmetrisch. Daher wird zum Beispiel ein erster String (4a) durch achtundzwanzig Module (2) einer einzelnen Reihe auf einer Seite der Hauptwelle (3) ausgebildet, ein zweiter String (4b) wird durch achtundzwanzig Module (2) einer einzelnen Reihe auf der gegenüberliegenden Seite des ersten Strings (4a) ausgebildet, und ein dritter String (4c) wird durch achtundzwanzig Module (2) von zwei Reihen auf beiden Seiten der Hauptwelle (3) des Trackers ausgebildet, wobei jede der Reihen vierzehn Photovoltaikmodule (2) aufweist.
Die Ausgestaltung gemäß 1 (bei der es sich um die Ausgestaltung handelt, die im Allgemeinen bei bekannten Trackern vom Typ 2V gewählt wird) verursacht einen Unterschied in der elektrischen Erzeugung in dem dritten String (4c) infolge eines Verbindens von Modulen (2), die sich auf unterschiedlichen Höhen befinden (da sich die Reihe, die sich auf einer Seite der Welle (3) befindet, im Allgemeinen auf einer anderen Höhe als die Reihe befindet, die sich auf der gegenüberliegenden Seite befindet). In der Praxis stellt dieser Unterschied einen Abfall der Energieerzeugungsleistung in dem dritten String (4c) der Module (2) dar, da die gesamte Anordnung in dem String (4c) Energie wie der ungünstigste Punkt davon erzeugt, was in diesem Fall die Reihe ist, die von den beiden Reihen, die den dritten String (4c) der Module (2) ausbilden, die geringste Sonnenstrahlung erfasst.
Infolge der verbesserten Ausgestaltung, die durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, ist jeder Erzeugungs-String in ein und derselben Position innerhalb derselben Reihe des Trackers isoliert, wodurch sichergestellt wird, dass alle Photovoltaikmodule des Strings dieselbe Sonnenstrahlung erfassen und dass infolgedessen die Energieerzeugung jederzeit an ihrem optimalen Punkt gehalten wird, wodurch Energieverluste aufgrund von Unterschieden in der Strahlungserfassung als Ergebnis der unterschiedlichen Höhen, auf denen die Module platziert sind, reduziert werden.
Die durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagene Architektur der Verbindungs-Strings ermöglicht es darüber hinaus, aufeinanderfolgende Tracker auf einfachere Weise zu verbinden, wobei die im Hinblick auf die Erzeugung optimale Position der Strings beibehalten wird, indem Reihen verbunden werden, die auf derselben Höhe in den genannten Trackern angeordnet sind (zum Beispiel in einem Tracker vom Typ 2V, indem die oberen Strings jedes Trackers miteinander verbunden werden und die unteren Strings miteinander verbunden werden). Die Architektur gemäß der beanspruchten Erfindung wird im folgenden Abschnitt anhand einer bevorzugten Ausführungsform ausführlich beschrieben. Darüber hinaus ermöglicht die String-Ausgestaltung gemäß den Ausführungsformen der Erfindung eine erhebliche Verringerung der Gesamtkabellänge, die zum Verbinden der Module verwendet wird, was dementsprechend eine erhebliche Einsparung an Material und an Arbeitskräften für die Montage sowie eine Verringerung des Risikos von Funktionsstörungen und daher des Wartungs- oder Reparaturbedarfs des Trackers darstellt.
Zusätzlich zu dem Energiegewinn aufgrund der vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungs-Strings, wie beschrieben, werden erhebliche Einsparungen beim Bau von Solarkraftwerken und bei der Wartung von Trackern während ihrer gesamten Betriebsdauer erzielt, da durch die Ausgestaltung der Erfindung das gesamte Kraftwerk weniger Betriebs- und Steuerungssysteme benötigt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der Ausdruck „im Wesentlichen“ so zu verstehen, dass er übereinstimmend oder in einem Variationsbereich von ±15 % enthalten bedeutet.
Figurenliste
Die oben genannten und sonstige Merkmale und Vorteile werden aus der ausführlichen Beschreibung der Erfindung sowie aus den Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, die in den folgenden Abschnitten beschrieben werden, vollkommen verständlich.

1 stellt eine schematische Ansicht eines bekannten Solar-Trackers vom Typ 2V mit einer Architektur mit drei Verbindungs-Strings für seine Photovoltaikmodule gemäß einer Ausführungsform des Standes der Technik dar.
2 stellt eine schematische Ansicht eines Solar-Trackers vom Typ 2V gemäß der Erfindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform davon auf Grundlage einer Architektur mit vier Verbindungs-Strings für seine Photovoltaikmodule dar.
3 stellt eine schematische Ansicht des Solar-Trackers von 2 dar, wobei zwei seiner Verbindungs-Strings auf jeder Höhe auf beiden Seiten der Hauptwelle miteinander verbunden sind.

Bezugszeichenliste

(1): Solar-Tracker
(2): Photovoltaikmodule
(3): Hauptwelle des Solar-Trackers
(4a, 4b, 4c, 4d): Verbindungs-Strings der Photovoltaikmodule
(5a, 5b, 5c, 5d): Verbindungskabel der Strings
(6): Tracker-Träger oder -Pfosten
(7a, 7b): Verbindungskabel zwischen aufeinanderfolgenden Strings

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
Im Folgenden wird eine ausführliche Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform davon dargelegt, die auf 2 bis 3 beruht. Die Beschreibung wird zur Veranschaulichung der beanspruchten Erfindung in nichtbeschränkender Weise bereitgestellt.
Als Alternative zu Trackern nach dem Stand der Technik, die auf Architekturen von Verbindungs-Strings wie zum Beispiel der in 1 dargestellten beruhen, schlägt die vorliegende Erfindung eine Architektur vom Typ 2V für den Tracker (1) vor, die mit einer Mehrzahl von Photovoltaikmodulen (2) ausgestattet ist, die in zumindest einer Reihe auf jeder Seite einer Hauptwelle (3) angeordnet ist. Bei der in 2 dargestellten Ausgestaltung sind die Module (2) so verbunden, dass sie vier Verbindungs-Strings (4a, 4b, 4c, 4d) ausbilden, bevorzugt durch entsprechende Kabel (5a, 5b, 5c, 5d), die die verschiedenen Module (2) in jedem String (4a, 4b, 4c, 4d) verbinden. Zweckmäßigerweise verbindet in Bezug auf bekannte Architekturen vom Typ 2V für Tracker jeder String (4a, 4b, 4c, 4d) Module (2), die auf ein und derselben Höhe auf der Hauptwelle (3) angeordnet sind. Gleichermaßen wird die Hauptwelle (3) auf einer Mehrzahl von Trägern (6) oder Pfosten gelagert, die in den Boden getrieben, in diesem verankert oder einzementiert sind.
Daher ist in dem Beispiel von 2 ein erster Verbindungs-String (4a) durch achtundzwanzig Module (2) ausgebildet, die in einer einzelnen Reihe auf einer Seite der Hauptwelle (3) angeordnet sind, und ein zweiter String (4b) ist durch achtundzwanzig Module (2) in einer einzelnen Reihe gegenüber dem ersten String (4a) auf der anderen Seite der Hauptwelle (3) ausgebildet. Zusätzlich und angrenzend an den ersten String (4a) und den zweiten String (4b) weist der Tracker (1) der Erfindung einen dritten String (4c) und einen vierten String (4d) auf, die symmetrisch entlang der Hauptwelle (3) angeordnet sind.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in 3 hierin veranschaulicht wird, ist es möglich, die vier Verbindungs-Strings (4a, 4b, 4c, 4d) paarweise zu verbinden, zum Beispiel mithilfe entsprechender Kabel (7a, 7b), so dass jedes Paar miteinander verbundener Strings Module (2) aufweist, die auf derselben Höhe angeordnet sind. Dies ermöglicht zweckmäßigerweise, dass aufeinanderfolgende Tracker (1) unter Berücksichtigung der optimalen Position ihrer Verbindungs-Strings (4a, 4b, 4c, 4d) ebenfalls verbunden werden, um eine verbesserte Energieerzeugungsleistung zu gewinnen.
Infolge der Ausgestaltung der Erfindung ist jeder der vier Erzeugungs-Strings (4a, 4b, 4c, 4d) in ein und derselben Position in derselben Reihe des Trackers (1) isoliert, wodurch sichergestellt wird, dass die Photovoltaikmodule (2) jedes Strings (4a, 4b, 4c, 4d) dieselbe Sonnenstrahlung erfassen und daher die Leistung des Trackers (1) optimiert wird. Darüber hinaus verringert die beanspruchte Ausgestaltung Energieverluste aufgrund der Unterschiede in der Strahlungserfassung infolge der unterschiedlichen Höhen, auf denen die Module (2) in bekannten Trackern (1) platziert sind.
Obwohl die beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen sich auf Tracker (1) vom Typ 2V beziehen, ist die Architektur der Erfindung schließlich auch auf Architekturen eines weiteren Typs anwendbar, die auf zumindest einer Reihe von Modulen (2) auf jeder Seite der Hauptwelle (3) beruhen, wie zum Beispiel 2H, 3H, 4H, usw.

Claims

Solar-Tracker (1), der aufweist: - eine Hauptwelle (3), die auf einer Mehrzahl von Trägern (6) gelagert ist; - zwei oder mehr Reihen von Photovoltaikmodulen (2);wobei zumindest zwei der Reihen von Photovoltaikmodulen (2) in der Richtung der Hauptwelle (3) und auf gegenüberliegenden Seiten davon angeordnet sind; und wobei die Photovoltaikmodule (2) elektrisch in Reihe verbunden sind, wobei sie Verbindungs-Strings (4a, 4b, 4c, 4d) ausbilden. wobei der Tracker (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass: - die Photovoltaikmodule (2) in zumindest vier Verbindungs-Strings (4a, 4b, 4c, 4d) gruppiert sind, wobei die Module (2) jedes der Strings (4a, 4b, 4c, 4d) in Bezug auf die Hauptwelle (3) auf derselben Höhe angeordnet sind.
Solar-Tracker (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei bei zwei Verbindungs-Strings (4a, 4c) deren Module (2) in Bezug auf die Hauptwelle (3) auf derselben Höhe angeordnet sind.
Solar-Tracker (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei bei den anderen beiden Verbindungs-Strings (4b, 4d) deren Module (2) in Bezug auf die Hauptwelle (3) auf derselben Höhe angeordnet sind.
Solar-Tracker (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die auf derselben Höhe angeordneten Verbindungs-Strings (4a, 4b, 4c, 4d) durch Kabel (7a, 7b) miteinander verbunden sind.
Solar-Tracker (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Module (2) eine Struktur vom Typ 2V ausbilden.
Solar-Tracker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Module (2) eine Struktur vom Typ 2H, 3H oder 4H ausbilden.
Solarkraftwerk, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei oder mehr Tracker (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Solarkraftwerk nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zwei der Verbindungs-Strings (4a, 4b, 4c, 4d) von zwei Trackern (1) des Solarkraftwerks durch Kabel (7a, 7b) verbunden sind, so dass bei den Strings (4a, 4b, 4c, 4d) deren Module (2) in Bezug auf ihre Hauptwellen (3) auf derselben Höhe angeordnet sind.